Контактная фотолитография

Процесс работы

есть подложка(ситалловая) с медной пленкой

наносим фр (полимер, неподдающийся процессу травления)

центрифугированием 40-50с (скорость вращения задает толщину фоторезиста)

сушим фр 90 градусов 15 мин

формируем рисунок экспонированием (совмещение- шаблон поверх резиста), экспонируем 8 сек УФ излучением ртутной лампы (i line- 365 нм), при этом облученный полимер превращается в мономер (позитивная фотолитография)

далее проявляем в 0.9% растворе KOH (проявитель)

микропрофилируем (сушим)

травим пленку меди в растворе CrO3 около 1 минуты, зависит от толщины пленки

CrO3+H2O- H2CrO4

2Cu+ 3H2CrO4 +CrO

сушим фильтрами, также можно сжатым воздухом

удаляем оставшийся ФР органическим растворителем (в нашем случае ацетон)

Фотолитография (ФЛ) относится к методам трафаретной локальной

микрообработки, позволяющим получать рельеф требуемой конфигурации на

диэлектрических, металлических или полупроводниковых пленках.

Суть процесса ФЛ заключается в создании на поверхности пленки защитного рельефатребуемой конфигурации с помощью светочувствительного материала (фоторезиста) с последующей локальной обработкой незащищенных участков пленки химическими, электрохимическими, плазмохимическими и другими методами.

За прошедшие годы фотолитография совершила гигантское продвиже-

ние процессорной техники: от 2300 транзисторов в первом процессоре (1971)

до 731 млн транзисторов на чипе в процессоре (2009).

Базовой характеристикой технологического процесса (табл. 4.1) является

проектная норма, под которой понимается минимальный топологический

размер микросхемы, формируемый с помощью ФЛ. Из второй строки

табл. 4.1 видно, что за последние десять лет проектная норма уменьшилась

более, чем в 5 раз (с 250 до 45 нм). В конце 2009 г. выпущены 32-

нанометровые процессоры с переходом на технологию 22 нм в 2011 г.

Среди технологических достижений, которые были внедрены в произ-

водственный процесс, главным является использование лазерной литографии

на основе глубокого УФ-излучения (DUV-литография, от англ. Deep Ultra

Violet).

Со времени изобретения ФЛ в начале 70-х г. XX в. ее усовершенствова-

ние шло в направлении повышения разрешающей способности в первую оче-

редь путем сокращения длины волны излучения λ. С конца 80-х гг. для осве-

щения фотошаблонов стали применять УФ эксимерные лазеры – сначала на

основе молекул KrF с длиной волны 248 нм (для 350-, 250- и 180-

нанометровых техпроцессов), а с 2000 г. – на основе молекул ArF с длиной

волны 193 нм (для 130-, 90-, 65- и 45-нанометровых техпроцессов). Разреше-

ние линий на фоторезисте из-за оптической дифракции света обычно ограни-

чивается величиной λ/2. Следовательно, ArF-лазер (λ = 193 нм) еще подходит

для 90-нанометрового техпроцесса, но уже не может обеспечить проектную

норму 65 нм и менее. Дальнейшее развитие было обеспечено принципиаль-

ными нововведениями (см. прим. к табл. 4.1).

1. Фотошаблоны с фазовым сдвигом. Для повышения разрешающей

способности ФЛ были использованы фотошаблоны с фазовым сдвигом. В

таком шаблоне на одно из двух соседних окон дополнительно накладывается

фазовый фильтр, изменяющий фазу проходящей волны на 180ｰ. В результате

интерференции соседних противофазных полей происходит их взаимное ос-

лабление в области между окнами. Фазовый сдвиг позволяет повысить раз-

решение в полтора раза, т. е. делает различимыми линии шириною до λ/3.

Следовательно, DUV-литография с λ = 193 нм становится применимой к 65-

нанометровому техпроцессу. До сих пор речь шла о ｫсухойｻ проекционной

литографии, переносящей топологический рисунок с фотошаблона через воз-

душную среду путем фокусирования его на поверхности фоторезиста. Для

этой цели были разработаны специальные проекционные установки шагового

мультиплицирования (так называемые степперы, от англ. step). Повышение

разрешения таких установок оказалось возможным при использовании им-

мерсионной литографии.

2. Иммерсионная литография. В этом случае рисунок шаблона пере-

носится на поверхность фоторезиста, покрытую слоем специальной иммер-

сионной жидкости (чаще воды, очищенной от загрязнений) с высоким коэф-

фициентом преломления n. Длина электромагнитной волны в жидкости уко-

рачивается в n раз, т. е. λж = λ/n. Теперь оптическое разрешение при исполь-

зовании фотошаблона с фазовым сдвигом ограничивается величиной λж/3.

Таким образом, иммерсионная литография с фазовым сдвигом делает 193-

нанометровый лазер применимым к 32-нанометровому техпроцессу.

3. Двойная экспозиция. Сокращение топологической проектной нормы

до 22 нм, запланированное на 2011 г., оказалось возможным при использова-

нии иммерсионной 193-нанометровой литографии с фазовым сдвигом в соче-

тании с технологией двойной экспозиции. Здесь вместо одного шаблона при-

меняют два, тем самым удваивая число экспозиций фоторезиста. При этом

усложняется процедура совмещения шаблонов, решаемая, однако, современ-

ными степперами, обеспечивающими точность до 1 нм. Следовательно,

двойная экспозиция, повышая разрешающую способность литографии, уве-

личивает стоимость техпроцесса за счет удвоения числа шаблонов. Однако

при этом сохраняется в качестве источника УФ-излучения 193-нанометровый

лазер. Это существенно снижает затраты производства, возникающие при пе-

реходе на более коротковолновое излучение. В будущем возможен переход с

DUV-литографии на EUV-литографию (от англ. Extreme Ultra Violet – сверх-

жесткий УФ) с длиной волны 13 нм.

Изучение ФЛ в учебной лаборатории проводится на оборудовании, ко-

торое не позволяет получить высокое разрешение, достигнутое в промыш-

ленности. Однако оно дает возможность на примере контактной ФЛ проде-

монстрировать последовательность выполнения операций (рис. 4.2) и полу-

чить конкретный результат в виде определенного рисунка, сформированного

на металлической или другой пленке. Приводимые далее отдельные парамет-

ры, характеризующие ФЛ, относятся к процессу, поставленному в учебной

лаборатории.

Процесс ФЛ состоит из ряда технологических операций, схематически

изображенных на рис. 4.2. Следует заметить, что все этапы процесса тесно

взаимосвязаны, оказывают влияние друг на друга и только в совокупности

определяют качество процесса ФЛ. Однако все причины, приводящие к